本篇文章以实际项目中的Boost电源电路理论计算为主,包括电感、电容等参数设计,并以图形方式展现整个计算过程。同时也将计算书源文件附加在文章末尾,如有疑问,也欢迎大家在评论区交流、指正 。
一 、 技术参数
输入电压范围:11V-32V;
输出电压:50V;
输出功率:65W;
电流纹波率:0.4;
开关频率:300kHz
二 、 控制模式
PFM控制:当输出电压达到在设定电压以上时控制打开开关管,在输出电压在开关管打开过程中输出电压下降到设定电压前,变换器不会进行任何操作。当输出电压下降到设定电压值以下时,变换器会控制开关管再次关断,输入电源通过电感向输出提供能量,使输出电压达到设定电压。
PWM控制:控制开关管以恒定频率导通关断,当变换器输出电压达到输出电压设定值时,打开开关管,在输出电压在开关管打开过程中输出电压下降到设定电压前,变换器不会进行任何操作。当输出电压下降到设定电压值以下时,变换器会控制开关管再次关断,输入电源通过电感向输出提供能量,使输出电压达到设定电压。
PWM/PFM切换控制:变换器在负载较大情况下由PWM控制,在小负载时自动切换到PFM控制。
对比:与PWM相比,PFM的输出电流小,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色,但是因其纹波电压小,且开关频率固定,所以改善变换器的EMI以及电流纹波等。
PWM和PFM各有优缺点,使用中轻载低功耗情况较多时推荐PFM控制方式,其噪声抑制和纹波需要额外的处理措施,正常使用情况下PWM控制方式自然是常规的选择。
三、工作模式选择
根据电感电流在开关管导通关断期间是否出现断续的情况,可以将 Boost电源工作模式分为CCM(连续导通模式)、BCM(临界导通模式)和DCM(断续导通模式)。当Boost变换器工作在临界导通模式下,其对应临界电感量Lc,当电感量增大时,变换器将工作在CCM模式;而当电感量减小时,变换器将工作在DCM模式。
对于CCM模式,在一个开关周期内,电感电流从不会到0,在开关周期内电感磁通从不回到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。而对于DCM模式:在开关周期内,电感电流总会会到0,即功率开关闭合时,电感电流为零。因此DCM的损耗更小,效率更高。但是CCM模式在纹波和噪声抑制方面有更好的表现,因此各有千秋。考虑到本项目对纹波及噪声要求较高,因此选择了CCM模式。
四、参数计算
根据伏秒平衡原则计算电感感量,伏秒平衡原则既在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值。换句话说,在电源电路电路中,开关管工作周期内,开通过程电感电流增加,关断过程中电感电流减小,电感电流的增加量与电流的减少量是相等的。
MOS管损耗主要有开关损耗和导通损耗等,损耗计算方法很多,英飞凌、瑞萨、DIODES等均有各自的推荐计算方法。
纹波由电容电荷量变化和ESR决定:
以上为个人经历过的一个项目,后续Boost开关电源频率补偿及仿真分析等相关问题将在后续的文章中更新,欢迎大家关注和支持。